基于单片机的距离量测设计

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1、基于单片机的距离量测设计光源发出的光线经过会聚透镜投射到被测物体表面，其漫反射光经成像在光电检测器件（PSD或CCD）上。在传感器上成像光斑的中心位置由传感器与被测物体表面之间的距离决定。光电检测器件输出的电信号与传感器上光斑的中心位置通过对光电检测器件输出信号进行运算处理就可获得传感器与被测物体表面之间的距离信息。一、基于PSD的三角测距的基本原理半导体激光器所发出的光束经透镜发射变成近似平行光束，照射在被测物上，被测物散射回来的光线通过接收透镜会聚到传感器并形成光斑。在被测物体、散射光线、传感器与接收透镜

2、的光轴所在的平面形成两个相似三角形，只要测出光斑在传感器上的位置，就可根据已知的参数得到距离的比值关系。PSD具有位置分辨率高（PSD一般为几微米），响应速度快，器件小、噪声低、直接由光信号转换成为电流信号、外围电路简单等优点，所以采用它作为传感器件。已接收透镜所在的光轴为测量距离：PSDABdfBθδOCD透镜y激光源图1激光源三角法测距原理光斑在O点以上，则ytanθ=d+CD,光斑在O点以下，则ytanθ=d﹣CD13可得推导公式为：y=fd/(ftanθ-δ)（1）δ为PSD的光斑到中心的距离，O点以

3、上为正值，O点以下为负，y值为BC的距离。所以只要求出δ的值就可将y值算出来。根据PSD的原理有散射光入射时如图1：LCOPNIABX’XC点是被测物体在PSD上产生的光斑。设AC段的电阻值为Ra,BC段的电阻值为Rb,则光电流分为两路（分别通过Ra和）有电极AB流出。其值分别为I1和I2。I1Ra=I2Rb(2)I0=I1+I2(3)如果光敏面的表面电阻层具有理想的均匀性，则关于X’的距离公式：R0（L/2-X'）I1=R0（L/2+X’）I2X’=L/2*（I2-I1）/（I2+I1）（4）其中X’为光斑

4、中心位置对零点的偏移，L为PSD两电极间距离。二、系统实施方案（一）系统组成模块系统主要由以下几个模块构成，在需要测量时，给单片机发出信号，单片机启动激光器发射装置和A/D转换器。13被测物面发射装置接收装置I/V转换电压放大模拟运算A/D转换单片机处理数据显示电学部分光学部分（三）、电学部分的描述电学部分主要由信号的转换、处理、运算、以及显示四个部分组成由PSD出来的信号为两路电流信号，所以，需要两路的信号处理电路，参数方案如下：I/VI/VPSD·放大减法器除法器A/D转换单片机加法器放大放大加法器电压跟

5、随器（三）、设计要求1、要求PSD输出的电流大小为微安级，经过I/V转换后的电压范围在（0.1~1V）范围内132、电压放大电路要求：放大倍数范围为5~103、电压跟随电路：由于ADC0809只转换单极性模拟输入电压，由于被转换的信号可能是双极性的模拟信号，则需增加极性转换电路，双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，再送入ADC0809进行A/D转换4、单片机数据处理选用的单片机位AT89C51，一个按钮接在INT0端，设置INT0为边沿触发方式，当需要测量时，按下按钮向51提出中断，并启动激光器发射，10ms

6、后，89C51启动0809进行A/D转换，当转换完毕，0809提出中断，51读取其数据，通过动态扫描法将数据显示在LED上。5、程序流程图：包括主程序流程图和中断子程序流程图6、显示部分程序汇编编程程序三、电路参数确定及芯片选择13131、I/V转换电路(放大器A1、A1′)U01=﹣Rf1I1设I1为1~10微安，当Rf1=100k时I/V转换后第电压范围为0.1~1V，同理得U011′=﹣Rf2I2，得Rf1=Rf2=100k2、放大部分取Av=5（反相放大器A2、A2′）根据虚断和虚短的概念有:Up≈U

7、n，Ii=0可得：U01=Un≈Up，U02=－UR22=－R22U01/R21Av=－R22/R21=－5,得R22/R21=5，取R22=50K，R21=10K同理得R22′=50K，R21′=10K3、（1）同相加法器A313由虚短UP31-Un31=0，虚断的概念得:I33+I34=I35得(U02-UP31)/R33+(U02′-UP31)/R34=UP31/R35（1/R33+1/R34+1/R35)UP31=U02/R33+U02′/R34UP31=RP（U02/R33+U02′/R34)，其中

8、RP=（1/R33+1/R34+1/R35)U031=UP31（1+R32/R31)=RP（1+R32/R31)（U02/R33+U02′/R34）=（R31+R32）/R31*R32/R32*RP*（U02/R33+U02′/R34）=R32/（R31∥R32）*RP*（U02/R33+U02′/R34）=R32*RP/RN*（U02/R33+U02′/R34），其中RN=R31∥R32当RN=R